CN108051564A - 一种用于短期测定土壤钾素淋溶量的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土壤测量技术领域，公开了一种用于短期测定土壤钾素淋溶量的方法与装置，通过装盛土壤器皿的建立、土壤装柱、玉米种植、样品采集测试和淋溶量的计算等步骤，实现短期测定土壤钾素淋溶量；一种用于短期测定土壤钾素淋溶量的样品收集装置，有机玻璃柱包括滤液收集槽、三角架和垂向分室根箱，滤液收集槽设置在有机玻璃柱下方，收集槽中淋溶液全部转入待测溶液，三脚架截面为等边三角形，三角架高15cm，利用铺设尼龙网将有机玻璃柱形成垂向分室根箱。本发明通过钾素淋溶量的计算公式、线性回归方程检验收集槽淋溶液中钾素含量与计算得到的钾素淋溶量之间的线性相关性，为监测和评价土壤钾素的淋溶作用提供科学数据。
Description
技术领域
本发明属于土壤测量技术领域，尤其涉及一种用于短期测定土壤钾素淋溶量的方法与装置。同时适用于退化土壤监测和土壤改良效果的快速评价。
背景技术
土壤钾素是植物生长必需的重要营养元素，对农作物的生长、产量等具有重要影响。钾素在土壤中以水溶性钾、交换性钾、非交换性钾、矿物钾等多种形式存在，只有水溶性钾和交换性钾可以被植物直接吸收利用，而土壤钾素中占绝大多数的非交换性钾和矿物钾不能被直接利用。因此，为满足作物对钾的需要，在土壤耕层广泛施用钾肥。但是，由于钾素在土壤中较强的移动性和土壤不同程度的淋滤作用，钾肥利用率不高，一部分被土壤以植物不能利用的钾形式吸附，一部分随土壤水淋溶进入深层土壤或随水流排出土壤层而流失掉，而后者是钾肥利用率低的主要原因。因此，研究土壤钾的淋溶量对提高土壤钾肥利用率、促进土壤钾素良性循环具有重要意义。
目前，广泛使用的土壤钾素淋溶量的研究方法主要采用各种淋溶试验，包括室内土柱淋溶试验、田间渗漏池、田间土柱监测：
(1)室内土柱淋溶试验通过土柱装土构成淋溶柱、淋溶液喷洒装置、支架和底部淋溶液收集器等部分构成，操作简便，试验条件容易控制，但是试验考量因素单一，仅获得钾素在土壤-水中的去向，且多为3-10天的观测值。
(2)田间渗漏池克服了室内土柱模拟的缺陷，试验场地通常开挖下层通道，用以收集渗漏液，上层渗漏池侧壁做防水处理，地表栽种水稻等喜钾作物，有些渗漏池还在地表收集径流液。该系统研究了钾素在土壤-植物-水系统中的去向，但是需要田间试验场地，开挖巨大壕沟，布置繁琐、施工量大。
(3)田间土柱监测法采用田间土壤剖面中预先埋入淋溶收集装置，并且为了快速收集淋溶液，常常施入外压，促进土壤水的收集。但是，这种外压改变土壤溶液的自然流动规律，导致土壤淋溶量测定值偏大。
综上所述，现有技术存在的问题是：
上述方法通过各种试验装置收集淋溶液，并测定淋溶液中的元素含量，属于直接测定淋溶量的方法。但是，上述方法并不均是针对土壤钾素的淋溶量设置的试验，因此，在土壤钾素淋溶量的研究中，上述方法没有综合考虑钾素在土壤中存在形式的多样性(包括水溶性钾、交换性钾、非交换性钾、矿物钾四种主要形式)，以及钾素在各种土壤钾赋存形式中转换的规律等元素特有的化学性质，而钾素的这些化学性质恰恰为我们提供了一种通过计算的方法获得钾素淋溶量的可能性。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于短期测定土壤钾素淋溶量的方法与装置。
本发明是这样实现的，一种用于短期测定土壤钾素淋溶量的方法，所述用于短期测定土壤钾素淋溶量的方法包括：
分别采集土柱0cm～20cm、20cm～40cm土壤样品，阴干过筛，采用常规测试方法测定土壤样品速效钾、缓效钾含量；采集玉米全部地上部分和地下部分，100℃-105℃烘箱杀青20min-30min后，放置50℃-70℃烘箱直至烘干，并称重，采用常规测试方法测定玉米钾素积累量；
采集滤液收集槽中全部土壤淋溶液，采用常规测试方法测定淋溶液中钾素含量。
进行土壤钾素淋溶量计算，单位：mg·kg-1，公式如下：
土壤速效钾总减少量＝(初始速效钾-收获后上层土壤速效钾-玉米钾素积累量/上层土质量)+(初始速效钾-收获后下层土壤速效钾)，
土壤缓效钾总增量＝(收获后上层土壤缓效钾-初始缓效钾)+(收获后下层土壤缓效钾-初始缓效钾)，
钾素淋溶量＝土壤速效钾总减少量-土壤缓效钾总增量，
钾素淋溶量计算值*A+B＝淋溶液中钾素含量。其中，A为拟合直线方程的斜率，B为拟合直线方程的截距。
进一步，分别采集土柱0cm～20cm、20cm～40cm土壤样品前，需进行：
装盛土壤器皿的建立：
选择15cm*50cm无盖透明有机玻璃管作为装盛土壤器皿；所述器皿底部用直径2cm开孔器均匀设置5个孔，作为土壤淋溶液的流出路径；侧壁从下至上10cm、30cm高处分别均匀设置4个孔，该8个孔用橡皮塞密封，作为试验过程中的取样孔；该器皿底部用三角架支撑，三脚架高15cm；并在器皿底部下方放置无盖透明有机玻璃收集槽，用以收集土壤淋溶液；
土壤装柱：
首先，在有机玻璃管底部铺设尼龙网，覆盖柱底。然后，将土壤自然剖面中预先剥离的淋溶层土壤和耕层土壤按照自下而上的顺序分层依次装入有机玻璃管中，每种土层厚20cm，且在自下至上20cm处(即淋溶层和耕层土壤分层处)，铺设网孔直径30μm的尼龙网，并通过压实操作调节下层淋溶层土壤容重达到1.4-1.6g/cm3，上层耕层土壤容重达到1.2-1.3g/cm3。土壤表面距柱子顶部保持10cm的距离，预留空间用以测试过程中浇去离子水；根据土壤最大饱和持水量，在所浇去离子水量中分别添加浓度为60、90、100、130、170、200mg/kg的KCl溶液，混匀，浇水至最大饱和持水量，并静置1天，使土壤水分平衡；培养期间采用常规称量法进行土壤持水量的测定；
玉米种植：
玉米种子用体积浓度10％的H2O2浸泡10min消毒，去离子水清洗至干净，每个土柱播种玉米3株，待出苗4天后间苗至1株，生长期90天。
本发明的另一目的在于提供一种用于短期测定土壤钾素淋溶量的装置，装盛土壤器皿底部横截面开有多个通孔；装盛土壤器皿底部承接有三角架；所述三角架下面承托有收集槽；所述装盛土壤器皿侧壁由下至上开有多个取样孔；
所述装盛土壤器皿内部填充的取样土层上下表面均铺设有尼龙网。
进一步，所述装盛土壤器皿侧壁由从下至上10cm、30cm高处分别均匀开设4个取样孔；每个取样孔均密封有橡皮塞；所述尼龙网位于装盛土壤器皿内部自下至上20cm处。
进一步，所述取样土层的最高点低于装盛土壤器皿顶部。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
对比现有技术，本发明灵活利用土壤钾素在不同赋存形式之间的转化特性，设计具有分室根箱功能的淋溶土柱试验装置，采用计算法和直接测定钾素淋溶液法两种方法获得土壤钾素淋溶量，并通过线性回归方程验证收集槽淋溶液中钾素含量与计算得到的钾素淋溶量之间的线性相关性，试验结果显示二者呈显著线性相关性(R2＝0.924)，表明采用本发明所述计算法获得的土壤钾素淋溶量数据的可靠性。对比现有技术普遍采用直接测量淋溶液的方式获得钾素淋溶量的方法，本发明避免了利用各种淋溶装置收集淋溶液过程中产生的误差，而且该计算法仅需在传统淋溶装置中使用垂向分室根箱限制土壤根系不向下层生长，试验装置简单易操作，且计算方法具有普适性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的用于短期测定土壤钾素淋溶量的方法流程图。
图2是本发明实施例提供的用于短期测定土壤钾素淋溶量的装置示意图。
图3是本发明实施例提供的装盛土壤器皿底部横截面开有多个通孔图。
图中：1、装盛土壤器皿；2、通孔；3三角架；4、收集槽；5、取样孔；6、尼龙网。
图4是本发明实施例提供的种植玉米对土壤钾素淋滤量的影响图。
图5是本发明实施例提供的计算法和直接测试法土壤钾素淋溶量的线性相关性图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明通过钾素淋溶量的计算公式、线性回归方程检验收集槽淋溶液中钾素含量与计算得到的钾素淋溶量之间的线性相关性，为监测和评价土壤钾素的淋溶作用提供科学数据，并对促进合理施用钾肥、提高钾肥利用率、改良退化土壤具有重要意义。本发明所述短期测定土壤钾素淋溶量的试验装置结构简单、成本低，操作简便，测试土壤钾素淋溶量的试验方法监测时间短，获取数据快捷。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例提供的用于短期测定土壤钾素淋溶量的方法，包括：
S101：装盛土壤器皿的建立：选择15cm(直径)*50cm(柱高)无盖透明有机玻璃管作为装盛土壤器皿，该器皿底部用直径2cm开孔器均匀设置5个孔，作为土壤淋溶液的流出路径。侧壁从下至上10cm、30cm高处分别均匀设置4个孔，该8个孔用橡皮塞密封，作为试验过程中的取样孔。该器皿底部用三角架支撑，三脚架高15cm。并在器皿底部下方放置无盖透明有机玻璃收集槽，尺寸规格为10cm(槽高)*15cm*20cm，用以收集土壤淋溶液。
S102：土壤装柱:装柱土壤选择我国西北干旱区耕作黄土剖面。首先，在有机玻璃管底部铺设尼龙网，覆盖柱底。然后，将土壤自然剖面中预先剥离的淋溶层土壤和耕层土壤按照自下而上的顺序分层依次装入有机玻璃管中，每种土层厚20cm，且在在自下至上20cm处(即淋溶层和耕层土壤分层处)，铺设网孔直径30μm的尼龙网，并通过压实操作调节下层淋溶层土壤容重达到1.4-1.6g/cm3，上层耕层土壤容重达到1.2-1.3g/cm3。土壤表面距柱子顶部保持10cm的距离，该预留空间用以试验过程中浇水。根据土壤最大饱和持水量，在所浇去离子水量中添加不同含量的KCL溶液，混匀，浇水至最大饱和持水量，并静置1天，使土壤水分达到平衡。培养期间以称量法维持土壤一定持水量。
S103：玉米种植:玉米种子选用邦玉917号。玉米种子用体积浓度10％的H2O2浸泡10min消毒，去离子水清洗至干净，每个土柱播种玉米3株，待出苗4天后间苗至1株，生长期90天。
S104:样品采集和测试指标:培养期间和培养期结束，分别采集土柱0-20cm、20-40cm土壤样品，阴干过筛待测。采集玉米全部地上部分和地下部分，105℃烘箱杀青30min后，放置70℃烘箱直至烘干，并称重。测试指标：玉米钾素积累量，土壤速效钾Ka、缓效钾Kb。培养期间，将收集槽中土壤淋溶液全部采集，测量液体体积V，并测定淋溶液中钾浓度Kd。
S105:钾素淋溶量的计算:土壤钾素淋溶量(单位：mg·kg-1)计算公式如下：土壤速效钾总减少量＝(初始速效钾-收获后上层土壤速效钾-玉米钾素积累量/上层土质量)+(初始速效钾-收获后下层土壤速效钾)，土壤缓效钾总增量＝(收获后上层土壤缓效钾-初始缓效钾)+(收获后下层土壤缓效钾-初始缓效钾)，钾素淋溶量＝土壤速效钾总减少量-土壤缓效钾总增量，钾素淋溶量计算值*A+B＝淋溶液中钾素含量(线性回归方程)。
如图2、图3所示，本发明实施例提供的用于短期测定土壤钾素淋溶量的装置，装盛土壤器皿1底部横截面开有多个通孔2；装盛土壤器皿底部承接有三角架3；所述三角架下面承托有收集槽4；所述装盛土壤器皿侧壁由下至上开有多个取样孔5；
所述装盛土壤器皿内部填充的取样土层上下表面均铺设有尼龙网6。
所述装盛土壤器皿侧壁由从下至上10cm、30cm高处分别均匀开设4个取样孔5；每个取样孔5均密封有橡皮塞；所述尼龙网位于装盛土壤器皿内部自下至上20cm处。
所述取样土层的最高点低于装盛土壤器皿顶部。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
本发明实施例提供的用于短期测定土壤钾素淋溶量的方法，包括：
(1)选择15cm(直径)*50cm(柱高)无盖透明有机玻璃管作为装盛土壤器皿，该器皿底部用直径2cm开孔器均匀设置5个孔，作为土壤淋溶液的流出路径。侧壁从下至上10cm、30cm高处分别均匀设置4个孔，该8个孔用橡皮塞密封，作为试验过程中的取样孔。该器皿底部用三角架支撑，三脚架高15cm。并在器皿底部下方放置无盖透明有机玻璃收集槽，尺寸规格为10cm(槽高)*15cm*20cm，用以收集土壤淋溶液。
(2)在有机玻璃管底部铺设2层尼龙网(网孔直径30μm)，覆盖柱底。然后，选择我国西北干旱区耕作黄土剖面预先剥离的淋溶层土壤和耕层土壤，按照自下而上的顺序逐层装入有机玻璃管中(10cm/层)，每种土层厚20cm。并通过压实操作调节下层淋溶层土壤容重达到1.4-1.6g/cm3，上层耕层土壤容重达到1.2-1.3g/cm3。同时注意压实土壤边缘，防止土壤水溶液从侧壁流出，弱化边缘效应。在自下至上20cm处(即淋溶层和耕层土壤分层处)，铺设网孔直径30μm的尼龙网。土壤表面距柱子顶部保持10cm的距离，该预留空间用以试验过程中浇水。浇水至最大饱和持水量，并静置1天，使土壤水分达到平衡。
(3)玉米种子选用邦玉917号。玉米种子用体积浓度10％的H2O2浸泡10min消毒，去离子水清洗至干净，每个土柱播种玉米3株，待出苗4天后间苗至1株。然后每个土柱中添加KCL溶液作为钾肥，使土柱速效钾含量分别达到60、90、100、130、170和200mg/kg，KCL溶液随去离子水浇水进入土柱，这样K离子可以随水的入渗均匀分布土壤层中。培养期间以称量法维持土壤持水量70％，为轻度干旱水平。生长期90天。
(4)培养期间和培养期结束，分别采集土柱0-20cm、20-40cm土壤样品，阴干过筛待测。采集玉米全部地上部分和地下部分，105℃烘箱杀青30min后，放置70℃烘箱直至烘干，并称重，研磨过筛待测。培养期间，将收集槽中土壤淋溶液全部采集，测定淋溶液中钾含量。测试指标：玉米钾素积累量，土壤速效钾Ka、缓效钾Kb。培养期间，将收集槽中土壤淋溶液全部采集，测量液体体积V，并测定淋溶液中钾浓度Kd。
试验所得数据结果如图4、5所示：计算法和直接测量法所得结果具有线性相关；玉米生长在一定程度上抑制了土壤钾素的淋溶，利于土壤钾肥的循环利用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于短期测定土壤钾素淋溶量的方法，其特征在于，所述用于短期测定土壤钾素淋溶量的方法包括：
分别采集土柱0cm～20cm、20cm～40cm土壤样品，阴干过筛，测定土壤样品速效钾、缓效钾含量；采集玉米全部地上部分和地下部分，100℃-105℃烘箱杀青20min-30min后，放置50℃-70℃烘箱直至烘干，并称重，测定玉米钾素积累量；
采集滤液收集槽中全部土壤淋溶液，测定淋溶液中钾素含量。
进行土壤钾素淋溶量计算，单位：mg·kg-1，公式如下：
土壤速效钾总减少量＝(初始速效钾-收获后上层土壤速效钾-玉米钾素积累量/上层土质量)+(初始速效钾-收获后下层土壤速效钾)，
土壤缓效钾总增量＝(收获后上层土壤缓效钾-初始缓效钾)+(收获后下层土壤缓效钾-初始缓效钾)，
钾素淋溶量＝土壤速效钾总减少量-土壤缓效钾总增量，
钾素淋溶量计算值*A+B＝淋溶液中钾素含量；其中，A为拟合直线方程的斜率，B为拟合直线方程的截距。
2.如权利要求1所述的用于短期测定土壤钾素淋溶量的方法，其特征在于，分别采集土柱0cm～20cm、20cm～40cm土壤样品前，需进行：
装盛土壤器皿的建立：
选择15cm*50cm无盖透明有机玻璃管作为装盛土壤器皿；所述器皿底部用直径2cm开孔器均匀设置5个孔，作为土壤淋溶液的流出路径；侧壁从下至上10cm、30cm高处分别均匀设置4个孔，该8个孔用橡皮塞密封，作为试验过程中的取样孔；该器皿底部用三角架支撑，三脚架高15cm；并在器皿底部下方放置无盖透明有机玻璃收集槽，用以收集土壤淋溶液；
土壤装柱：
首先，在有机玻璃管底部铺设尼龙网，覆盖柱底；然后，将土壤自然剖面中预先剥离的淋溶层土壤和耕层土壤按照自下而上的顺序分层依次装入有机玻璃管中，每种土层厚20cm，且在自下至上淋溶层和耕层土壤分层20cm处，铺设网孔直径30μm的尼龙网，并通过压实操作调节下层淋溶层土壤容重达到1.4-1.6g/cm3，上层耕层土壤容重达到1.2-1.3g/cm3；土壤表面距柱子顶部保持10cm的距离，预留空间用以测试过程中浇去离子水；根据土壤最大饱和持水量，在所浇去离子水量中分别添加浓度为60、90、100、130、170、200mg/kg的KCl溶液，混匀，浇水至最大饱和持水量，并静置1天，使土壤水分平衡；培养期间采用常规称量法进行土壤持水量的测定；
玉米种植：
玉米种子用体积浓度10％的H2O2浸泡10min消毒，去离子水清洗至干净，每个土柱播种玉米3株，待出苗4天后间苗至1株，生长期90天。
3.一种如权利要求1所述的用于短期测定土壤钾素淋溶量的方法的用于短期测定土壤钾素淋溶量的装置，其特征在于，所述用于短期测定土壤钾素淋溶量的装置的装盛土壤器皿底部横截面开有多个通孔；装盛土壤器皿底部承接有三角架；所述三角架下面承托有收集槽；所述装盛土壤器皿侧壁由下至上开有多个取样孔；
所述装盛土壤器皿内部填充的取样土层上下表面均铺设有尼龙网。
4.如权利要求3所述的用于短期测定土壤钾素淋溶量的装置，其特征在于，所述装盛土壤器皿侧壁由从下至上10cm、30cm高处分别均匀开设4个取样孔；每个取样孔均密封有橡皮塞；所述尼龙网位于装盛土壤器皿内部自下至上20cm处。
5.如权利要求3所述的用于短期测定土壤钾素淋溶量的装置，其特征在于，所述取样土层的最高点低于装盛土壤器皿顶部。
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